深井煤矿开采技术改进分析

摘 要：伴随煤炭能源储量的不断缩水和下降，煤炭资源面临枯竭的危险，尤其是浅层煤矿及露天煤矿的储量锐减。为了保证煤炭资源的持续供给，煤矿深井开采逐步普及，随着开采深度的增加，煤矿矿压不断增加、底部巷道维护难度加大、煤矿围岩受到矿压冲击而崩塌的危险性不断累积、煤矿井下瓦斯浓度升高，井下作业面临的综合环境更加复杂。为了进一步降低深井煤矿开采过程中的事故发生率，提升煤矿开采的安全性，保证煤炭开采及供应的持续性，必须提出针对性的煤炭深井开采改进技术。文章以某深井煤矿开采为研究对象，进行了相关分析和研究。

关键词：深井煤矿；矿压冲击；巷道维护；开采技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.074

1 引言

对于深井煤矿而言，国际上对矿井深度超过500m的煤矿称为深井煤矿。但是，在具体煤矿深度分级上，世界范围内不同区域的煤矿分布差异，分级标准也不同，对于南非的煤矿中，深度达到800m以上的矿井称为深井煤矿，深度超过1000m的深井煤矿称为超深井煤矿。国内，对于深井煤矿的分级标准为：深度小于400m的煤矿称为浅井煤矿，深度介于400-700m的煤矿称为中深井煤矿。深度介于700-1100m的煤矿称为深井煤矿，深度超过1100m的煤矿称为超深井煤矿。就我国的煤炭矿层分布特点而言，有超过75%的煤炭埋藏在600m以下的矿层内，其中，已经探明的煤炭储量有超过3万亿吨位于深度在1000m以下的深层矿层中，占据总储量的50%以上，因此，为了保证我国煤炭开采的持续、稳定供应，必须提升深井煤矿的开采技术，确保深井煤矿开采安全、稳定进行。

2 深井煤矿开采的主要技术问题分析

2.1 井下瓦斯浓度高，开采位置空气温度较高

随着煤矿矿井开挖深度的增加，瓦斯浓度逐步提升，且随着深度的继续增加，瓦斯浓度上升的速率越来越快。此外，除了煤矿井下瓦斯浓度的增加外，煤矿井下围岩的应力值同时提升，在开采作用力的扰动下，很容易破坏井下围岩面的稳定性，出现冲击崩塌事故，由于拟分析的煤矿其主矿井深度在1200m左右，在这种开采深度范围内，一旦煤矿瓦斯与围岩冲击矿压力出现耦合作用，出现系统性的动力失稳灾害的概率将显著提升。另外，在深井煤矿的防突技术上还存在一定的缺陷和不足，当前，国内在深井煤矿开采中积累的瓦斯浓度参数数据总体不足，对于不同深度范围内的瓦斯浓度估测模型及方法还不够科学，尤其在深度超过800m以上的深井煤矿，相关的参数积累和模型分析及预判能力更加不足。除了瓦斯因素外，深井温度过高也是主要的问题之一。通过对该深井煤矿的开采温度进行观测，发现，该煤矿的温度恒定位置位于井下30m深度位置，温度值为16℃，且随着开采深度的推进，深度推进到1000m以上，井下岩体的温度高达40℃以上，虽然采用了一定的通风降温措施，但是开采位置的温度仍然超过限定值。井下温度过高，容易引起井下可燃气体自燃及人员中暑问题。

2.2 深井下沖击矿压风险累积、井下结构支护南难度进一步增加

经过调查统计发现，本文研究的该深井煤矿在前5年的开采中总计出现过5次井下冲击矿压事故。由于井下矿压累积较高，围岩自身强度难以抵抗压力影响，导致巷道内的通风设备、支护结构及煤矿开采机械设备受到不同程度的挤压和损坏，严重影响了深井的正常开采，且井下深度一旦超过1000m，则随着井深的不断增加，冲击破坏的程度将以指数形式增长。

3 深井煤矿开采的技术改进措施分析

3.1 改善深井下瓦斯气体治理方式，引进高效的井下降温技术

引进高效的瓦斯气体抽取及采集设备，保证瓦斯的大流量、高压力抽取，并做好井外抽取配合；为了提升瓦斯治理效果，应强调综合治理，做好开采层和密封层的兼顾，突出区域的煤层巷道掘进面及石门揭煤的工作面，应使用预先抽取掘进的方式。随着开采深度的增加，应依照标准对深井煤矿同瓦斯的突出危险累积及井下瓦斯浓度水平等参数进行实时监控和反馈。在石门揭煤时采用水刀切割技术实现快速打钻处突，确保石门揭煤的防突可靠性。此外，还应做好深井下的温度控制，应使用传统降温技术配合辅助降温的方式进行。该煤矿试验进行机械制冷技术，使用的主要机械制冷方式为地面真空制冰降温系统。通过建立地面温控设备，对矿井下的局部区域的开采高温位置进行精准降温，经过试验验证，使用机械辅助降温方式，掘进面的温度从原有的40℃下降至25℃。

3.2 提升冲击矿压防治技术，革新巷道支护技术

综合分析可知，冲击矿压是导致井下事故的主要源头，在新开采区域正式开采前，应先对该地区的矿压进行全名评估，并分析引起局部矿压冲击的原因，判定是否位于冲击地压的危险区。在开采中，应合理分布开采作业面分布形式，最大程度降低由于开采机械力引起的应力集中问题，对于煤层群开采而言，优化分布，减少巷道之间的联络线数量，防止对巷道墙体及开采面周围墙体的削弱，提升其抗压强度及稳定性。采掘头面布置要避免相互之间有动压影响；煤柱留设不要对以后的开采留下隐患。此外，还应该提升巷道支护技术。可以使用支护能力较强的反式拱支护和锚定索支护两种方式，其中，反式拱支护现在断面位置布置锚定网及锚定锁并通过高压注浆稳定锚定索结构，在加设环形拱式棚，借助拱式结构的反拱力对巷道墙体进行补强。锚定索支护方式主要用于补强变形过大的巷道墙体，通过加密原有的锚定索数量，提升墙体的刚度和稳定性，为了保证锚定索加固的质量，应在锚定索上注浆，保护锚定索不会因外部环境而出现锈蚀。

参考文献：

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作者简介：李航（1999-），男，河南驻马店人，本科，研究方向：采矿工程、地下煤矿开采。